Un cammino condiviso con Gianluigi

Presentazione sul tema: "Un cammino condiviso con Gianluigi"— Transcript della presentazione:

1 Un cammino condiviso con Gianluigi
Stimando le masse delle particelle: dal top, via bosone di Higgs, fino alla supersimmetria Un cammino condiviso con Gianluigi

2 Una tendenza storica dei fisici delle particelle …
Quando incontriamo un mistero che non possiamo risolvere con i modelli attuali Inventiamo una nuova particella, talvolta molte! Un primo esempio: Einstein ha proposto il fotone per capire l’effetto fotoelettrico

3 Un esempio famosissimo
La famosa lettera aperta di Pauli Il nome ‘neutrino’ inventato da Fermi Il secondo neutrino spiega perché μ no  elettrone Torneremo più tardi alle oscillazioni e alle masse dei neutrini

4 Altri esempi importanti per il Modello Standard: i bosoni W, Z
Intermediari dell’interazione debole Il W proposto da Yukawa Inizialmente identificato con il pione Poi ‘scoperto’ nel primo esperimento di neutrini al CERN Perché questi errori? Perche i fisici non avevano una stima accurata della massa, o non ci credevano. Ecco l’importanza di stimare bene le masse delle nuove particelle!

5 Un esempio riuscito Il quark ‘charm’ postulato da Glashow, Iliopoulos e Maiani La massa stimata bene da Gaillard e Lee Implica mu << mc << mW ΔmK implica mc ~ 1.5 GeV

6 Un esempio personale Il quark ‘bottom’ postulato nel 1975 per accompagnare il leptone pesante ‘tau’ La massa stimata nell’ ambito di una teoria della grande unificazione delle interazioni Chanowitz, JE e Gaillard: “Making the SU(5) model completely natural, including in the Higgs sector, gives the prediction md/me ~ ms/mμ ~ mb/mτ = 2605” Avevo scritto a mano “2 to 5”!

7 Il quark ‘top’: Una prima avventura con Gianluigi
Il quark ‘top’ postulato per accompagnare il quark bottom Molte stime teoriche sbagliate durante gli anni 1970/80 Qual è il limite superiore sulla sua massa? Una prima indicazione è venuta da uno studio delle correnti neutre Costa, JE, GLF, Nanopoulos e Zwirner: “In the minimal standard model with ρ = 1 and equal Higgs and Z masses we find that mt < 168 GeV at the 90% confidence level.” Il nostro primo lavoro non è stato troppo male!

8 Il quark ‘top’: Una stima raffinata con Gianluigi
mt < 185 GeV variando mc Indicazioni su sin2θW Commenti sulla sensibilità a mH

9 Il quark ‘top’: il ruolo della massa dello Z
Una misura precisa della massa dello Z darebbe una indicazione importante della massa del top

10 Il quark ‘top’: dopo le prime misure di mZ con alta precisione
Accordo con i dati a basse energie implica Una prima discussione di mH

11 Il bosone di Higgs: una seconda avventura con Gianluigi
C’è bisogno di un bosone di Higgs (o qualcosa di simile) per dare le masse alle altre particelle L’ ultima componente del Modello Standard che ancora ci manca Le misure di alta precisione hanno poca sensibilità a mH … … ma danno una indicazione interessante

12 Alcune particelle hanno massa, altre no …
Da dove vengono queste masse? Newton: Il peso è proporzionale alla massa Einstein: L’energia è equivalente alla massa Ma non hanno spiegato la massa! Abbiamo tutti imparato alla scuola Einstein ci a mostrato che … Le masse sono dovute al bosone di Higgs? (una particella chiave …)

13 Come un campo di neve LHC cercherà il fiocco di neve:
Con gli sci si corre molto velocemente: Come una particella senza massa ad es., un fotone = particella della luce Con le racchette da neve, si va più lentamente: come una particella con una massa ad es., un elettrone LHC cercherà il fiocco di neve: il bosone di Higgs Con gli scarponi si affonda nella neve e si va molto lentamente: come una particella con una grande massa

14 Stimando la massa del bosone di Higgs
Le misure elettrodeboli sono sensibili alle correzioni quantistiche: Però la sensibilità alla massa del top è molto maggiore della sensibilità alla massa del bosone di Higgs: Tuttavia le misure al LEP ci davano una indicazione di un Higgs leggero ancora prima della scoperta del top

15 Stimando la Massa del bosone di Higgs
Primi tentativi negli anni 1990, 1991: Molto difficile prima della scoperta del top

16 Stimando la Massa del bosone di Higgs
Dopo la scoperta del top: Solide indicazioni di un bosone di Higgs leggero

17 Il bosone di Higgs: lo stato attuale
Il limite inferiore dal LEP: mH > GeV Secondo i dati elettrodeboli: mH = 89+35–26 GeV un limite superiore: mH < 158 GeV, o 185 GeV includendo il limite diretto Il limite dal Tevatron: mH < 158 GeV or > 173 GeV

18 La ricerca del bosone di Higgs al Tevatron
Il Tevatron esclude un bosone di Higgs fra 158 & 173 GeV 18

19 Le prime ricerche ad LHC
Un contributo significativo al fit globale 19

20 Combinando le informazioni sulla massa del bosone di Higgs
mH = GeV

21 Una stanza senza finestre …
Cosa c’è fuori della stanza? … una porta da aprire

22 Extra-Dimensioni Supersimmetria Tecnicolor W’, Z’ Buchi neri

23 Extra-Dimensioni Supersimmetria Tecnicolore W’, Z’ Buchi neri

24 Fisica oltre il Modello Standard?
Un vuoto non stabile? Indicazioni contro un modello composito La supersimmetria?

25 La supersimmetrica e la materia oscura ?
La supersimmetria associa le particelle della materia  alle particelle che trasportano le interazioni Può spiegare la scala delle masse delle particelle Può aiutare ad unificare le interazioni fondamentali La particella supersimmetrica più leggera sarebbe stabile e con una massa inferiore a 1000 GeV Avrebbe una densità simile a quella della materia oscura Da ricercare con gli esperimenti

26 La materia oscura nell’universo
Gli astrofisici ci dicono che la maggior parte della materia nell’universo è invisibile: materia oscura Particelle supersimmetriche? Le cercheremo con l’LHC

27 Indicazioni prima dell’LHC
Se il neutralino fosse responsabile della materia oscura La materia ‘oscura’ avrebbe una carica eletromagnetica Vietata da b  s g Indicazioni dalla densità della materia oscura Indicazioni (?) da g - 2 JE + Olive + Santoso + Spanos

28 Fit globale delle masse supersimmetriche
Approccio statistico Dati utilizzati: Misure elettrodeboli di alta precisione Limite sperimentale sulla massa del bosone di Higgs La densità della materia oscura Dati sui decadimenti b  s , Bs  +- g - 2 (forse) Combinando le densità di probabilità Analizzando i modelli supersimmetrici più semplici O.Buchmueller, JE et al: arXiv: , , , ,

29 Stimando le masse delle particelle supersimmetriche
Prima del’LHC Stimando le masse delle particelle supersimmetriche O.Buchmueller, JE et al: arXiv:

30 Il progetto LHC al CERN 1,000,000,000 di collisioni ogni secondo
Collisioni Protone-Protone 7 TeV + 7 TeV 1,000,000,000 di collisioni ogni secondo Obiettivi scientifici: L’origine della massa La materia oscura Il plasma primordiale L’ asimmetria fra materia ed antimateria 1 TeV = 1000 GeV ~ 1000 volte la massa del protone

31 Visione d’insieme di LHC e dei suoi esperimenti
100 m sotto terra 27 km di circonferenza

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33 Un bosone di Higgs potrebbe apparire così

34 La materia oscura potrebbe apparire così
Energia invisible portata via da particelle di materia oscura

35 20 novembre 2009: contentissimi!
35 35

36 Concentrazione, ansietà …
… attesa e trepidazione

37 Indicazioni dopo i dati LHC 2010
CMS MHT CMS Se il neutralino fosse responsabile della materia oscura ATLAS 0 Lepton ATLAS 1 Lepton La materia ‘oscura’ avrebbe una carica eletromagnetica Vietata da b  s gamma Indicazioni dalla densità della materia oscura Indicata (?) da g - 2

38 Stimando le masse supersimmetriche
Con i dati LHC 2010 Stimando le masse supersimmetriche CMSSM O.Buchmueller, JE et al: in preparation

39 Stimando la massa del gluino
Con i dati LHC 2010 Stimando la massa del gluino CMSSM O.Buchmueller, JE et al: in preparation

40 Il processo raro Bsμ+μ- ?
Con i dati LHC 2010 Il processo raro Bsμ+μ- ? NUHM1 O.Buchmueller, JE et al: in preparation

41 Traiettoria dei fit nel CMSSM
Come hanno evoluto i fit supersimmetrici? Qual’è l’evoluzione possibile nel futuro? Se non c’è la supersimmetria con 7/fb Se non c’è la supersimmetria con 1 o 2/fb Limiti attuali Prima del’LHC Vecchi punti di riferimento ★ Fit prima del’LHC Dopo LHC 2010  Dopo LHC 2011?

42 Torniamo ai neutrini Il lavoro attuale di Gianluigi, Eligio ed amici
Aspettiamo con entusiasmo una nuova generazione di esperimenti

43 Conclusioni Impossibile!
Stimare le masse delle particelle prima delle loro scoperte è un lavoro senza fine È un complemento essenziale alle ricerche sperimentali Aspettiamo con (im)pazienza le prossime scoperte del’LHC Senza dubbio si aprirà un mondo nuovo!